Mis siis, kui... me lahendame füüsika põhiülesandeid. Kõik ootab teooriat, millest ei saa midagi välja tulla
Mis annab meile vastuse sellistele mõistatustele nagu tumeaine ja tumeenergia, universumi alguse mõistatus, gravitatsiooni olemus, mateeria eelis antiaine ees, aja suund, gravitatsiooni ühendamine teiste füüsikaliste vastasmõjudega , loodusjõudude suur ühendamine üheks põhiliseks, kuni nn kõige teooriani ?
Einsteini järgi ja paljud teised silmapaistvad kaasaegsed füüsikud, on füüsika eesmärk just kõige kohta teooria loomine (TV). Sellise teooria kontseptsioon pole aga üheselt mõistetav. Kõige teooriana tuntud ToE on hüpoteetiline füüsikateooria, mis kirjeldab järjekindlalt kõike füüsikalised nähtused ja võimaldab ennustada mis tahes katse tulemust. Tänapäeval kasutatakse seda fraasi tavaliselt teooriate kirjeldamiseks, mis püüavad luua seost üldine relatiivsusteooria. Seni pole ükski neist teooriatest saanud eksperimentaalset kinnitust.
Praegu põhineb kõige arenenum teooria, mis väidab end olevat TW, holograafilisel põhimõttel. 11-mõõtmeline M-teooria. Seda pole veel välja töötatud ja paljud peavad seda pigem arengusuunaks kui tegelikuks teooriaks.
Paljud teadlased kahtlevad, et midagi sellist nagu "kõige teooria" on üldse võimalik ja kõige elementaarsemas mõttes loogikal põhinev. Kurt Gödeli teoreem ütleb, et iga piisavalt keeruline loogiline süsteem on kas sisemiselt ebajärjekindel (saab tõestada lauset ja selle vastuolulisust selles) või mittetäielik (on triviaalselt tõesed laused, mida ei saa tõestada). Stanley Jackie märkis 1966. aastal, et TW peab olema keeruline ja sidus matemaatiline teooria, seega jääb see paratamatult puudulikuks.
Kõige teoorias on eriline, originaalne ja emotsionaalne viis. holograafiline hüpotees (1), viies ülesande üle veidi teistsugusele plaanile. Musta augu füüsika näib viitavat sellele, et meie universum pole see, mida meie meeled meile ütlevad. Reaalsus, mis meid ümbritseb, võib olla hologramm, s.t. kahemõõtmelise tasandi projektsioon. See kehtib ka Gödeli teoreemi enda kohta. Kuid kas selline kõige teooria lahendab mingeid probleeme, kas see võimaldab meil seista vastu tsivilisatsiooni väljakutsetele?
Kirjelda universumit. Aga mis on universum?
Meil on praegu kaks kõikehõlmavat teooriat, mis selgitavad peaaegu kõiki füüsilisi nähtusi: Einsteini gravitatsiooniteooria (üldrelatiivsusteooria) i. Esimene selgitab hästi makroobjektide liikumist jalgpallipallidest galaktikateni. ta on aatomite ja subatomiliste osakeste kohta väga kursis. Probleem on selles need kaks teooriat kirjeldavad meie maailma täiesti erineval viisil. Kvantmehaanikas toimuvad sündmused kindlal taustal. aegruum – samas kui w on paindlik. Kuidas näeb välja kõvera aegruumi kvantteooria? Me ei tea.
Esimesed katsed luua kõige kohta ühtne teooria ilmusid vahetult pärast avaldamist üldine relatiivsusteooriaenne kui mõistame tuumajõude reguleerivaid põhiseadusi. Need mõisted, tuntud kui Kaluzi-Kleini teooria, püüdis ühendada gravitatsiooni elektromagnetismiga.
Aastakümneid stringiteooria, mis kujutab endast ainest koosnevat pisikesed vibreerivad stringid või energia silmus, peetakse loomiseks parimaks ühtne füüsikateooria. Mõned füüsikud eelistavad aga kkaabliga silmuste gravitatsioonmilles avakosmos ise koosneb pisikestest silmustest. Kuid ei stringiteooriat ega ahela kvantgravitatsiooni pole eksperimentaalselt testitud.
Suured ühtsed teooriad (GUT), mis ühendavad kvantkromodünaamika ja elektronõrga interaktsiooni teooria, esindavad tugevat, nõrka ja elektromagnetilist interaktsiooni kui ühe interaktsiooni ilmingut. Ükski eelmine suur ühtne teooria pole aga saanud eksperimentaalset kinnitust. Suure ühtse teooria ühine joon on prootoni lagunemise ennustamine. Seda protsessi pole veel täheldatud. Sellest järeldub, et prootoni eluiga peab olema vähemalt 1032 aastat.
1968. aasta standardmudel ühendas tugevad, nõrgad ja elektromagnetilised jõud ühe kõikehõlmava vihmavarju alla. Arvesse on võetud kõiki osakesi ja nende vastasmõjusid ning tehtud on palju uusi ennustusi, sealhulgas üks suur ühinemisennustus. Suure energia korral, suurusjärgus 100 GeV (energia, mis on vajalik ühe elektroni kiirendamiseks 100 miljardi volti potentsiaalini), taastub elektromagnetilisi ja nõrku jõude ühendav sümmeetria.
Ennustati uute olemasolu ning W- ja Z-bosonite avastamisega 1983. aastal said need ennustused kinnitust. Neli põhijõudu vähendati kolmele. Ühinemise idee seisneb selles, et kõik kolm standardmudeli jõudu ja võib-olla isegi suurem gravitatsioonienergia ühendatakse üheks struktuuriks.
2. Standardmudelit kirjeldav Langrange'i võrrand, mis on jagatud viieks komponendiks.
Mõned on väitnud, et isegi kõrgematel energiatel, võib-olla umbes Plancki skaala, ühineb ka gravitatsioon. See on stringiteooria üks peamisi motiive. Nende ideede juures on väga huvitav see, et kui tahame ühtlustumist, peame taastama sümmeetria kõrgemate energiate juures. Ja kui need on praegu katki, toob see kaasa midagi jälgitavat, uusi osakesi ja uusi koostoimeid.
Standardmudeli Lagrangian on ainus võrrand, mis kirjeldab osakesi i standardmudeli mõju (2). See koosneb viiest sõltumatust osast: võrrandi 1. tsoonis olevate gluoonide kohta, kahega tähistatud osas nõrgad bosonid, kolmega tähistatud osas on matemaatiline kirjeldus selle kohta, kuidas aine interakteerub nõrga jõu ja Higgsi väljaga, kummitusosakesed, mis lahutavad. Higgsi välja ülejääk osades neljandast ja viie all kirjeldatud vaimud Fadejev-Popovmis mõjutavad nõrga interaktsiooni liiasust. Neutriino masse ei võeta arvesse.
kuigi Standardmudel me võime selle kirjutada ühe võrrandina, see ei ole tegelikult homogeenne tervik selles mõttes, et on palju eraldiseisvaid sõltumatuid väljendeid, mis juhivad universumi erinevaid komponente. Standardmudeli eraldi osad omavahel ei interakteeru, kuna värvilaeng ei mõjuta elektromagnetilist ja nõrka vastastikmõju ning vastuseta jäävad küsimused, miks ei tööta vastasmõjud, mis peaksid esinema, näiteks CP rikkumine tugevas interaktsioonis. aset leidma.
Kui sümmeetriad taastuvad (potentsiaali tipul), toimub ühtlustumine. Põhjas murduv sümmeetria on aga kooskõlas praeguse universumiga koos uut tüüpi massiivsete osakestega. Mis "kõigest" peaks see teooria olema? See, mis on, st. tõeline asümmeetriline universum või üks ja sümmeetriline, kuid lõpuks mitte see, millega me tegeleme.
"Täielike" modellide petlik ilu
Lars English väidab raamatus The No Theory of Everything, et pole olemas ühtset reeglistikku, mis võiks seda teha ühendada üldrelatiivsusteooria kvantmehaanikagasest see, mis on tõene kvanttasandil, ei pruugi olla tõsi ka gravitatsiooni tasandil. Ja mida suurem ja keerulisem on süsteem, seda rohkem see erineb selle koostisosadest. "Asi pole selles, et need gravitatsioonireeglid oleksid vastuolus kvantmehaanikaga, vaid selles, et neid ei saa kvantfüüsikast tuletada," kirjutab ta.
Kogu teadus, tahtlikult või mitte, põhineb nende olemasolu eeldusel. objektiivsed füüsikaseadusedmis sisaldavad vastastikku ühilduvat füüsiliste fundamentaalsete postulaatide kogumit, mis kirjeldavad füüsilise universumi käitumist ja kõike selles. Muidugi ei too selline teooria kaasa kõige olemasoleva täielikku selgitamist või kirjeldust, kuid suure tõenäosusega kirjeldab see ammendavalt kõiki kontrollitavaid füüsilisi protsesse. Loogiliselt võttes oleks sellise TW mõistmise üks vahetuid eeliseid katsete peatamine, mille puhul teooria ennustab negatiivseid tulemusi.
Enamik füüsikuid peab uurimistöö lõpetama ja elatist teenima õpetamise, mitte uurimistööga. Küllap aga ei huvita avalikkust, kas gravitatsioonijõudu saab seletada aegruumi kumerusega.
Muidugi on veel üks võimalus – Universum lihtsalt ei ühine. Sümmeetriad, milleni oleme jõudnud, on lihtsalt meie enda matemaatilised leiutised ega kirjelda füüsilist universumit.
Ajalehe Nautil.Us kõrgetasemelises artiklis hindas Frankfurdi täiustatud uuringute instituudi teadlane Sabina Hossenfelder (3), et "kogu idee kõikehõlmavast teooriast põhineb ebateaduslikul oletusel". "See ei ole parim strateegia teaduslike teooriate arendamiseks. (…) Ilule tuginemine teooria arengus on ajalooliselt halvasti toiminud. Tema arvates pole põhjust kirjeldada loodust kõiketeooriaga. Kuigi loodusseaduste loogilise vastuolu vältimiseks vajame gravitatsiooni kvantteooriat, ei pea standardmudeli jõud olema ühendatud ega pea olema gravitatsiooniga ühendatud. See oleks tore, jah, aga see pole vajalik. Standardmudel töötab hästi ka ilma unifitseerimiseta, rõhutab teadlane. Loodust ilmselgelt ei huvita, mida füüsikud peavad ilusaks matemaatikaks, ütleb proua Hossenfelder vihaselt. Füüsikas seostatakse läbimurdeid teoreetilises arengus matemaatiliste ebakõlade lahendamisega, mitte aga ilusate ja "valmis" mudelitega.
Vaatamata nendele kainetele manitsustele esitatakse pidevalt uusi ettepanekuid kõige teooriaks, näiteks Garrett Lisi 2007. aastal ilmunud teos „Erandlikult lihtne teooria kõigest“. Sellel on omadus, et prof. Hossenfelder on ilus ja seda saab kaunilt näidata atraktiivsete visualisatsioonidega (4). See teooria, mida nimetatakse E8-ks, väidab, et universumi mõistmise võti on matemaatiline objekt sümmeetrilise roseti kujul.
Lisi lõi selle struktuuri, kandes elementaarosakesed graafikule, mis võtab arvesse ka teadaolevaid füüsilisi interaktsioone. Tulemuseks on 248 punktist koosnev keeruline kaheksamõõtmeline matemaatiline struktuur. Kõik need punktid tähistavad erinevate omadustega osakesi. Diagrammil on teatud omadustega osakeste rühm, mis "puuduvad". Vähemalt mõnel neist "puuduvatest" on teoreetiliselt midagi pistmist gravitatsiooniga, mis ületab lõhe kvantmehaanika ja üldrelatiivsusteooria vahel.
4. Visualiseerimise teooria E8
Seega peavad füüsikud "Rebasepesa" täitmiseks vaeva nägema. Kui see õnnestub, mis saab? Paljud vastavad sarkastiliselt, et ei midagi erilist. Lihtsalt ilus pilt saaks valmis. See konstruktsioon võib olla selles mõttes väärtuslik, kuna see näitab meile, millised oleksid "kõige teooria" valmimise tegelikud tagajärjed. Võib-olla praktilises mõttes ebaoluline.
